Fabricação dos Corpos de Prova

Foram obtidos corpos de prova a partir de juntas soldadas pelos processos TIG e Arame Tubular, com o procedimento comumente utilizado na montagem de risers rígidos descrito a seguir.

2.1.1 Elaboração da Junta Soldada

Para elaboração da junta soldada foram utilizados 2 tubos de aço API 5L X70 revestidos, com diâmetro externo de 8”, 300 mm de comprimento e 22 mm de espessura de parede, sendo 4 mm de espessura devido ao revestimento interno em Inconel® 625. A junta foi soldada com chanfro em V, ângulo do bisel de 35o, abertura de raiz de 3 mm e face (nariz) de 2 mm. O revestimento do tubo utilizado é um “lined” fabricado por expansão.

A solda a ser inspecionada está conforme as dimensões definidas na Figura 2.1.

Figura 2.1: Detalhe do Dimensional da Junta.

2.1.2 Procedimento de Soldagem e Usinagem dos Corpos de Prova

Foram soldadas duas juntas para este estudo identificadas como CP01 e CP02. A raiz dos corpos de prova (CPs) foi soldada com o processo TIG (GTAW), que utiliza um eletrodo sólido de tungstênio não consumível. O arco proveniente do processo aquece e funde o material. A soldagem TIG produz uma solda limpa e de alta qualidade (MARQUES

et al, 2007).

Para o enchimento foi utilizado o processo de soldagem Arame Tubular (FCAW). É um processo de soldagem por fusão onde o calor é gerado através de um arco elétrico estabelecido entre a peça e o arame que é alimentado continuamente. A proteção do arco e do cordão é feita por um fluxo de soldagem contido no interior do arame (MARQUES et al, 2007).

Os seguintes equipamentos e consumíveis de soldagem foram utilizados para a fabricação das juntas:

• Máquina de solda Miller Pipe Worx 400

• Vareta TIG (ø 2,5 mm) – Classificação: ER-NiCrMo-3 e Especificação: AWS A5.14 • Arame Tubular (ø 1,2 mm) – Classificação: ENiCrMo3T-1/4 e Especificação: AWS

A5.34

• Gás de Proteção: CO2 eArgônio

A soldagem dos CPs foi realizada conforme especificação de procedimento de soldagem (EPS). A Tabela 2.1 mostra o valor médio dos principais parâmetros em função dos passes de soldagem realizados.

Tabela 2.1 - Parâmetros adotados para a soldagem.

Processo Parâmetros

GTAW (Raiz e Passe Quente)

N⁰ de Passes 2 Corrente 110 A / CC- Tensão 12 V Vel. Soldagem 1,07 mm/s Vel. de Alimentação - Energia de Soldagem ^1,29 (KJ/mm) Temperatura de Preaquecimento > 50 ºC Temperatura de Interpasse < 150 ºC Gás de Proteção ^Argônio 18 (l/min) FCAW (Enchimento) N⁰ de Passes 20 Corrente 160 A / CC+ Tensão 23 V Vel. Soldagem 4,3 mm/s Vel. de Alimentação 137 mm/s Energia de Soldagem ^0,88 (KJ/mm) Temperatura de Preaquecimento > 50 ºC Temperatura de Interpasse < 150 ºC Gás de Proteção ^CO2 15 (l/min)

O CP01 foi utilizado para a confecção dos corpos de prova para os ensaios metalográficos, dureza, análise química e para a confecção de três blocos padrões para o ensaio por ultrassom Phased Array. A Figura 2.2 mostra como as amostras foram retiradas da junta soldada.

Figura 2.2:Região de retirada dos corpos de prova. (1) Macrografia e dureza vickers. (2) Micrografia, medição do tamanho de grão e análise química. (3) Bloco padrão A com solda –

Furos centralizados. (4) Bloco padrão B com solda – Furos na linha de fusão. (5) Bloco padrão curvo.

Foram fabricados dois blocos padrões com solda para o ensaio por ultrassom

Phased Array. Nestes blocos foi removido o reforço da solda (face e raiz) e foi realizada a

usinagem de 03 furos passantes com ø 2,5 mm, em diferentes alturas em relação a superfície da junta, sendo: 6, 12 e 18 mm, em cada um dos blocos. Os furos foram usinados no centro da solda no bloco padrão A (Figura 2.3) e na linha de fusão no bloco padrão B (Figura 2.4), conforme as especificações da norma ASME Section V - Artigo 4, T-434.1.2 de 2015. Estes blocos foram utilizados para a calibração da sensibilidade do ensaio e para a avaliação da detecção dos furos e suas relações sinal-ruído na região da solda.

Conforme especificado na norma Petrobras N-1594_F (2004), um procedimento de ensaio por ultrassom é considerado qualificado, quando se detecta e avalia corretamente os furos localizados no metal soldado e na linha de fusão com uma relação sinal-ruído superior a 10%. A norma ASME Section V (2015), especifica que os blocos de calibração devem ser usados para calibrar a sensibilidade, qualificar o sistema de inspeção para o campo e monitorar o desempenho do sistema de forma contínua. O bloco de calibração deve ser fabricado a partir de uma seção da tubulação de linha do projeto.

Figura 2.3:Bloco padrão A com solda - Furos centralizados.

Figura 2.4: Bloco padrão B com solda - Furos na linha de fusão.

Ainda, fabricou-se um bloco padrão curvo para o ensaio por ultrassom Phased Array, ilustrado na Figura 2.5. Foi removido o reforço da solda e da raiz e foram usinados dois entalhes a 25 mm da extremidade do bloco, sendo um na superfície superior a 2,4 mm de profundidade e um na superfície inferior a 6,4 mm de profundidade. Conforme as especificações da norma ASME Section V - Artigo 4, T-434.3 de 2015, a profundidade dos entalhes deve ser de 8% a 11% da espessura do bloco. Na superfície inferior, a profundidade do entalhe deve ser acrescida da espessura do revestimento. A largura dos entalhes deve ser de no máximo 6,4 mm e o comprimento deve ser de no mínimo 25 mm.

Obs.: Dimensões em milímetros

Figura 2.5: Bloco padrão curvo. (a) Visualização do entalhe superior com 6,4 mm de largura, 25 mm de comprimento e profundidade de 2,4 mm. (b) Visualização do entalhe

inferior com 6,4 mm de largura, 25 mm de comprimento e profundidade de 6,4 mm. (c) Visualização frontal.

O CP02, mostrado na Figura 2.6, foi utilizado para analisar a capacidade de detecção e dimensionamento de descontinuidades internas pela técnica de inspeção por ultrassom Phased Array. Os resultados dos ensaios foram comparados com os resultados obtidos pelo exame radiográfico.

Figura 2.6: Detalhe do tubo revestido com Inconel® 625 e material base API 5L X70

Nesta junta foram propositalmente inseridas 5 descontinuidades com posicionamentos e comprimentos variados. A Tabela 2.2 especifica a localização e o comprimento das descontinuidades inseridas no corpo de prova ao longo do perímetro da solda circunferencial a partir do ponto zero utilizado como referência.

Tabela 2.2 - Distribuição das descontinuidades na solda circunferencial do tubo.

Descontinuidade Descrição ^{Posição Inicial} (mm)

Comprimento (mm) ^{Localização} 1 Falta de Fusão no Chanfro 27 25 ^{Próxima ao} _Chanfro 2 Falta de Fusão no Chanfro 275 10 ^{Próxima ao} _Chanfro

3 Inclusão de Escória 590 35 ^{Centro da} _Solda

4 Falta de Penetração na Raiz 600 15 ^{Raiz da} _Solda 5 Falta de Fusão no Chanfro 590 30 ^{Próxima ao} _Chanfro